CN119145897B - 一种矿用超净新风个体供给防护系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种矿用超净新风个体供给防护系统及方法，系统：供风筒进风端设置在供风巷道中，其出风端延伸至掘进巷道中；采用局部通风机和井下压风系统两种供风方式；局部通风机安装在供风筒的进风端；压风系统沿巷道设置；新风过滤器设置在掘进巷道中，其中的多级过滤组件通过新风装置进风管与供风筒连接，通过超净风流送风管与超净风流仓连接，一氧化碳吸收装置和新风装置气泵设置在超净风流送风管中；个体送风管路与超净风流仓连接，单向阀、流量调节装置、呼吸口罩依次设置在个体送风管路上。方法：通过局部通风机向供风筒中供入新风；通过新风过滤器进行深度净化，利用个体送风管路输送至呼吸口罩中。该系统及方法能进行个性化的洁净空气供应。

Description

一种矿用超净新风个体供给防护系统及方法

技术领域

本发明属于矿用粉尘过滤技术领域，具体是一种矿用超净新风个体供给防护系统及方法。

背景技术

在煤矿井下生产过程中，工人的健康和安全极大地依赖于良好的空气质量。特别是在掘锚单巷掘进成为主流作业方式的当下，工人们长期处于高尘环境中工作，面临着严重的尘肺病风险。半煤岩巷道掘进工作面的比例预计在未来几年会达到50%以上，这种作业环境中的产尘量大且粉尘具有较高的危害性，现有的粉尘控制技术难以有效降低粉尘浓度至职业卫生安全标准。

在传统的矿井通风系统设计中，主要依赖主风机和局部风机将新鲜空气输送至矿井各个工作面和掘进面。然而，这些系统常因其设计和结构的局限性而无法有效过滤掉细微颗粒物（如PM2.5）。例如，除尘器的进风管道若放置在掘进机一定距离的地方，会导致含尘气流难以高效地进入除尘器，减弱了粉尘控制的有效性。这种设计缺陷不仅会影响工人的呼吸健康，还可能会引发严重的安全事故。

此外，工人通常使用的自吸式防尘口罩存在显著的设计缺陷。这些口罩随着使用时间的延长，其呼吸阻力会明显增大，往往半个班次就会出现滤盒阻塞的现象，使用的舒适性较差。即便这些口罩的过滤效果可达到99%，但由于其密合性通常较差，粉尘仍可能通过口罩和脸部的贴合处进入至口罩的内部。这种情况在半煤岩掘进工作面中尤为常见，因而其防尘效果远未能达到理想的使用状态。

传统的矿井通风系统及个体防护装备在运行过程中容易出现气流不稳定、过滤器堵塞等一系列问题，导致空气供应中断和供应效率降低。这些系统的维护和运行成本也因频繁的堵塞和损耗而居高不下。此外，现有的通风和防尘解决方案灵活性较差，进而不能根据不同工作面或掘进面的具体情况调整供风方式，进一步限制了它们在实际应用中的效果。

鉴于现有技术的局限性和不足，迫切需要提供一种新型的超净新风个体供给防护系统及方法，以能集中高效地净化空气，并能将净化后的新风输送至工作区域中供不同个体使用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿用超净新风个体供给防护系统及方法，该系统操作过程方便、维护过程简单、过滤效果理想、稳定性好、灵活性佳，具有较高的通用性，其能够集中高效地净化空气，能实现对每位工人进行个性化的洁净空气供应，可为井下作业的工人提供可靠的健康保障。该方法自动化程度高、安全性好、可靠性高，其能稳定地为井下作业空间及个体提供净化新风的供应服务，可有效保障井下工人的健康，并能有助于提高井下作业的安全系数。

为了实现上述目的，本发明提供一种矿用超净新风个体供给防护系统，包括掘进巷道、供风巷道、超净新风供给机构和控制器；

所述供风巷道的进风端起始于矿井入口处的主通风井或主风硐内，其出风端纵向贯穿整个矿井，并与各个掘进巷道相连通；

所述超净新风供给机构包括主供风单元和新风过滤器；

所述主供风单元包括供风筒、局部通风机和新风风流监测组件一；所述供风筒的进风端位于供风巷道中，其出风段沿着掘进巷道长度方向延伸；所述局部通风机安装在供风筒的进风端；所述新风风流监测组件一安装在供风筒的内部，并位于局部通风机的进风侧；新风风流监测组件一包括温湿度监测模块一、颗粒物浓度监测模块一和多维空气污染物监测模块一，所述温湿度监测模块一用于实时采集所在位置处的温湿度信号一，所述颗粒物浓度监测模块一用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号一，所述多维空气污染物监测模块一内部集成有CO传感器一、NO传感器一、CH₄传感器一、CO₂传感器一和TVOC传感器一，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一；

所述新风过滤器的数量为一个或多个，其悬吊在掘进巷道中，并位于掘进机的上方；新风过滤器包括外壳体、多级过滤组件、新风装置进风管、超净风流仓、超净风流送风管、一氧化碳吸收装置、新风装置气泵、超净风流监测组件一、个体净风供应单元、报警模块和微处理器；

所述多级过滤组件安装在外壳体的内部，其包括过滤壳体、前端金属筛网、中端金属筛网和高精度复合过滤机构；所述过滤壳体的一端开设有一级进风口，其另一端开设有一级出风口；所述前端金属筛网、中端金属筛网和高精度复合过滤机构的过滤精度依次升高，且由进风侧到出风侧方向依次间隔地安装在过滤壳体中；

所述新风装置进风管的进风端与供风筒的出风端连接，其中段串接有进风控制阀，其出风端穿入外壳体的内部，并与一级进风口连接；

所述超净风流仓安装在外壳体的内部，其上开设有其内腔相连通的二级进风口和多个个体出风接口；

所述超净风流送风管的进风端与一级出风口连接，其出风端与二级进风口连接；

所述一氧化碳吸收装置串接在超净风流送风管的进风侧；

所述新风装置气泵串接在超净风流送风管的出风侧；

所述超净风流监测组件一安装在超净风流送风管的内部，并位于新风装置气泵的出风侧；超净风流监测组件一包括温湿度监测模块三、颗粒物浓度监测模块三和多维空气污染物监测模块三，所述温湿度监测模块三用于实时采集所在位置处的温湿度信号三，所述颗粒物浓度监测模块三用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号三，所述多维空气污染物监测模块三内部集成有CO传感器三、NO传感器三、CH₄传感器三、CO₂传感器三和TVOC传感器三，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三；

多个个体净风供应单元与多个个体出风接口相对应，所述个体净风供应单元包括个体送风管路、单向阀、流量调节装置和呼吸面罩，所述个体送风管路的进风端穿入外壳体的内部，并与对应的个体出风接口连接；所述单向阀串接在个体送风管路的进风段；所述流量调节装置串接在个体送风管路的中段；所述呼吸面罩连接在个体送风管路的出风端；

所述报警模块安装在外壳体的外部；

所述微处理器安装在外壳体的内部，并分别与进风控制阀、新风装置气泵、超净风流监测组件一、流量调节装置和报警模块连接；

所述控制器分别与新风风流监测组件一、局部通风机和微处理器连接。

进一步，为了能够充分确保井下供风作业的安全性和可靠性，所述超净新风供给机构还包括第二供风单元；

所述第二供风单元包括井下压风管道、风管供风管路、新风风流监测组件二和压风控制阀；所述风管供风管路的进风端与井下压风管道连接；所述新风风流监测组件二安装在风管供风管路中段的内部，新风风流监测组件二包括温湿度监测模块二、颗粒物浓度监测模块二和多维空气污染物监测模块二，所述温湿度监测模块二用于实时采集所在位置处的温湿度信号二，所述颗粒物浓度监测模块二用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号二，所述多维空气污染物监测模块二内部集成有CO传感器二、NO传感器二、CH₄传感器二、CO₂传感器二和TVOC传感器二，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二；所述压风控制阀串接在风管供风管路的出风端；

所述新风装置进风管的进风端通过电动三通阀分别与供风筒的出风端和风管供风管路的出风端连接；

所述控制器还与新风风流监测组件二、电动三通阀和压风控制阀连接。这样，可以提供两种方式供风作为新风过滤器的风源，从而能在局部通风机发生故障，或者当新风风流空气质量较差的情况时，采用井下压风管道内的压风作为新风过滤器的风源，能有效确保井下超净风供应的稳定性和可靠性。在与井下压风管道连接的风管供风管路中设置新风风流监测组件二，可以利用新风风流监测组件二，可以较为全面地对压风进行质量检测，进一步可以通过比较压风质量和新风质量进行比较，在此基础上，使新风装置进风管的进风端通过电动三通阀分别与供风筒的出风端和风管供风管路的出风端连接，可以方便控制器根据比较结果来快捷地切换供风风源，进一步提高了供风过程的可靠性。

进一步，为了便于进行供风筒的安装作业，同时，为了避免出现供风筒会对其他作业设备产生干扰的情况，在掘进巷道的顶部布置有顶板支护网片，所述供风筒通过连接件连接在顶板支护网片的下方。

进一步，为了方便地将超净新风输送到较远的地方，以便于扩展该防护系统的功能，所述超净风流仓上还开设有二级出风口；所述新风过滤器还包括分支通风管道、新风装置风机和超净风流监测组件二，所述分支通风管道的进风端穿入外壳体的内部，并与二级出风口连接，其管身上相间隔地连接有多个分支接口；所述新风装置风机与微处理器连接，其串接在分支通风管道的进风端；所述超净风流监测组件二与微处理器连接，其安装在分支通风管道的内部，并位于新风装置风机的出风侧，超净风流监测组件二包括温湿度监测模块四、温湿度监测模块四和多维空气污染物监测模块四，所述温湿度监测模块四用于实时采集所在位置处的温湿度信号四，所述温湿度监测模块四用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号四，所述多维空气污染物监测模块四内部集成有CO传感器四、NO传感器四、CH₄传感器四、CO₂传感器四和TVOC传感器四，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号四、NO浓度信号四、CH₄浓度信号四、CO₂浓度信号四和TVOC浓度信号四。通过在分支通风管道中设置新风装置风机，可以便于将超净风流仓中的超净新风输送至更远的位置，从而能满足离新风过滤器较远位置处人员的呼吸使用需求。通过在分支通风管道中设置超净风流监测组件二，可以便于对分支通风管道中的超净新风质量进行实时监测，从而能确保分支通风管道中超净新风的空气质量，同时，还有利于及时监测到是否有污染空气进入分支通风管道的情况，可避免因分支通风管道破损而出现输送空气质量污染的情况发生。

进一步，为了确保过滤效果和过滤效率，所述高精度复合过滤机构包括滤筒1027、滤芯1028和导流板1029；所述滤筒的筒身上遍布表面地开设有若干个网孔；所述滤芯插装于滤筒的内部；滤芯为空心筒状的连续褶皱型滤材，褶皱型滤材为三层结构，其由外到内依次为粗效滤层、中效滤层和高效滤层，同时，连续褶皱型滤材由若干个褶皱单元顺次连接而成，且每个褶皱单元的断面均呈梯形；导流板位于滤筒和滤芯之间的环形区域中，且螺旋状地绕设于滤芯的外部。使滤芯为空心筒状的连续褶皱型滤材，能显著增加有限区域中滤材的过滤面积和粉尘容积，有利于延长滤芯的有效使用时间。另外，若干个褶皱单元能够更均匀有效地地引导和分散通过的气流，使得气流在通过滤芯时能产生更多的方向变化，多向性的气流路径显著增加了气流中颗粒物与滤材接触的几率，进而提升了颗粒物的捕捉效率，同时，分散后的气流路径避免了在任何单一位置的压力集中，有助于降低气流的通过阻力。通过螺旋状导流板的设置，有利于使进入新风过滤器内部的气流能够在滤芯的表面较为均匀地分布，能使滤芯的各个部分均能得到充分地利用，充分提高了有效的过滤面积，且有利于提升新风过滤器的使用寿命。

作为一种优选，所述呼吸面罩包括面罩主体、吸气阀和呼吸阀；所述面罩主体的内部具有呼吸腔，其后侧为与面部相适配的敞口结构，且敞口部分的四周为硅胶材质；面罩主体前侧下部开设有出气口，其前侧的上部开设有进气口；面罩主体于进气口的前侧外围连接有气路接头；所述气路接头通过柔性管路与个体送风管路的出风端连接；所述吸气阀安装于进气口中；所述呼吸阀安装于出气口中。

进一步，为了避免超净风流仓出现内部压力过高的情况，所述新风过滤器还包括泄压阀，所述泄压阀的进口端穿过外壳体，并与超净风流仓连接，其出口端与外界大气连通。

进一步，所述供风筒的进风端位于供风巷道中新鲜风流流动方向的上游侧。这样，可以确保供风巷道中的新鲜风流能够为掘进巷道提供负压，从而有利于将掘进巷道中产生的污风流和工作人员呼出的气体迅速带走。

本发明中，使供风筒的进风端位于供风巷道中，并使其出风段沿着掘进巷道长度方向延伸，能为各个具体掘进巷道提供距离适中的风源接入点，提高了工作面供风接入过程的便利性。同时，在供风筒的进风端安装局部通风机，可以便于利用局部通风机将掘进巷道中的新鲜风流通过供风筒输送至掘进巷道中，从而能便于为工作面提供新风风源；在供风筒的进风端设置与控制器连接的新风风流监测组件一，并使新风风流监测组件一包括温湿度监测模块一、颗粒物浓度监测模块一和多维空气污染物监测模块一，可以便于较为全面地对新鲜风流进行质量检测，从而可以在新鲜风流的污染程度大于空气污染质量阈值时，及时向远端的终端发出报警信号，这样可以提醒相关人员及时检查风源，并采取有效的应对措施，以避免因新鲜风流质量过差，即使经过新风过滤器的过滤后依然无法满足使用要求的情况出现，由此，不仅可以有效确保使用者人身健康的安全，同时，还能避免新风过滤器因对污染程度大的新鲜风流进行过滤而造成使用寿命急剧下降的情况出现。在掘进机的上方设置一个或多个新风过滤器，可以在掘进工作面中形成集中式的过滤节点，这样，不仅改变了传统技术中井下只能利用单体口罩进行粉尘预防的呼吸方案，还能利用过滤效果和效率相较于传统单体口罩更优异的新风过滤器来集中高效地实现空气的净化作业，从而可以同时为掘进工作面中的多个个体进行超净新风的供应，极大地确保了过滤效果，进而可以有效确保矿工的人身健康安全。使过滤壳体的一级进风口通过新风装置进风管与供风筒的出风端连接，能便于利用新风装置进风管将进入供风筒中的新风流引流至新风过滤器中，这样，能利用供风巷道中的新风流而非掘进巷道内的污风流来作为新风过滤器的进风，有利于确保后续空气的净化效果。在多级过滤组件的过滤壳体中依次布置前端金属筛网、中端金属筛网和高精度复合过滤机构，可以通过多级过滤的方式显著提高对新鲜风流的过滤效果；使前端金属筛网的过滤精度小于中端金属筛网的过滤精度，可以先利用前端金属筛网拦截和过滤掉较大粒径的颗粒物，再利用中端金属筛网拦截和过滤掉较小粒径的颗粒物，由此，确保了较大粒径的颗粒物不会直接进入中端金属筛网，并确保了较小粒径的颗粒物不会直接进入至高精度复合过滤机构，进而能确保中端金属筛网对较小粒径颗粒物的过滤效果和过滤效率，同时，能确保高精度复合过滤机构对细小或超细粒径颗粒物的过滤效果和过滤效率。由此，可以通过前端金属筛网、中端金属筛网和高精度复合过滤机构实现三重渐进式的分级深度净化效果，即“预先过滤-强效过滤-深度净化”，通过逐级地对气流中不同粒径的颗粒物进行充分过滤，确保了空气中的各种颗粒物能从大到小被逐层过滤掉，显著提高了空气净化效果，从而达到了深度净化的目的，有效保障了呼吸个体的健康。在外壳体中设置超净风流仓，并使超净风流仓通过超净风流送风管与过滤壳体连接，再于超净风流送风管中由进风侧到出风侧依次连接一氧化碳吸收装置、新风装置气泵和超净风流监测组件一，可以利用新风装置气泵提供负压，以使过滤后的新鲜风流快速通过一氧化碳吸收装置并进入至超净风流仓中，这一过程中，一氧化碳吸收装置可以高效地去除掉过滤后新鲜风流中的一氧化碳，进而形成超净新风。超净风流仓不仅可以储存一定量的超净新风，还能有利于对超净新风形成缓冲作用，从而能确保输出的超净新风能具有稳定的流量。通过超净风流监测组件一的设置，可以便于对超净新风的质量进行监测，进而能及时发现超净新风质量不合格的情况。在超净风流监测组件一中设置温湿度监测模块三、颗粒物浓度监测模块三和多维空气污染物监测模块三，可以对新风质量进行全面可靠的监测，进而能有效保障供应至呼吸个体的新风质量，同时，由于超净风流监测组件一与超净风流仓为连通状态，这样，通过超净风流监测组件一还能检测到超净风流仓中的空气质量是否出现污染的情况，从而能及时发现新风过滤器发生破损的情况，进一步确保了使用的安全性和可靠性。通过微处理模块和报警模块的设置，有利于在监测数据超过监测阈值时控制报警模块及时进行示警动作，进而能提醒相关人员及时对新风过滤器或风源进行检查维修，同时，也能有助于管理人员及时发现危险气体超标的情况，能有利于避免安全事故的产生。使个体送风管路的进风端穿入外壳体的内部，并与对应的个体出风接口连接，同时，将呼吸面罩连接在个体送风管路的出风端，可以利用个体送风管路将超净风流仓中的超净新风供应至特定工作位置处，以便于作业活动半径较小、工作位置相对固定的工人进行使用。通过在个体送风管路中设置单向阀，可以确保超净风流仓中的超净空气只能单向向外侧输出，而不会使掘进面或工作面附近的空气通过个体送风管路进入到超净风流仓中，由此，避免了回流所导致的超净风流仓中空气污染的问题，进一步提高系统的安全性和可靠性。通过流量调节装置的设置，能利用流量调节装置来平稳通过的气流，并能便于实时调节个体送风管路中的气流流量，进而能根据工人的实际呼吸频率及呼吸量提供相适应的个性化的洁净空气供应速率，能避免空气供应不足或过量的情况发生，还提高了个体使用者呼吸的舒适性和安全性。

该系统操作过程方便、维护过程简单、过滤效果理想、稳定性好、灵活性佳，具有较高的通用性，并能灵活地适应不同工作环境。通过该系统的使用，能够集中高效地净化空气，过滤效果可提高至99.99%，并可直接将净化后的新风输送至工人所在的区域，能确保每个工作面都能获得洁净的空气，并能实现对每位工人进行个性化的洁净空气供应，由此，可以显著提升工人呼吸用的空气质量，为井下作业的工人提供了可靠的健康保障，可彻底解决尘肺病的问题，并有助于提高作业过程中的安全性。同时，该系统具备高度的灵活性和可适应性，能满足矿井内多变的工作环境和条件下的使用需求，适用于向作业活动半径较小、工作位置相对固定的工人进行净化空气的供应。

本发明还提供了一种矿用超净新风个体供给防护方法，采用一种矿用超净新风个体供给防护系统，包括以下步骤：

步骤一：利用新风风流监测组件一对局部通风机上游侧的新风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号一、颗粒物浓度信号一、CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一发送至控制器，控制器根据温湿度信号一、颗粒物浓度信号一、CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一获得温湿度数据一、颗粒物浓度数据一、CO浓度数据一、NO浓度数据一、CH₄浓度数据一、CO₂浓度数据一和TVOC浓度数据一，并融合各个监测数据得到新鲜风流的新风洁净度表征数值；

利用新风风流监测组件二对井下压风管道中的压风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号二、颗粒物浓度信号二、CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二发送至控制器，控制器根据温湿度信号二、颗粒物浓度信号二、CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二获得温湿度数据二、颗粒物浓度数据二、CO浓度数据二、NO浓度数据二、CH₄浓度数据二、CO₂浓度数据二和TVOC浓度数据二，并融合各个监测数据得到压风洁净度表征数值；

控制器对新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值进行比较分析；当新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值均低于设定洁净度阈值而无法满足使用要求时，控制器向与其连接的远程终端发出报警信号；当新风洁净度表征数值大于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管和供风筒，并执行步骤二；当新风洁净度表征数值小于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管和风管供风管路，并执行步骤三；当新风洁净度表征数值等于压风洁净度表征数值时，保持电动三通阀门的状态不变，若当前电动三通阀门连通新风装置进风管和供风筒，则执行步骤二，若当前电动三通阀门连通新风装置进风管和风管供风管路，则执行步骤三；

步骤二：控制器控制局部通风机启动工作、微处理器控制进风控制阀打开，利用局部通风机将供风巷道中的新鲜风流引入至供风筒中，并供入新风装置气泵中；

步骤三：控制器向微处理器发出启动信号，微处理器在接收到启动信号后，控制新风装置气泵启动工作，并控制个体净风供应单元中的流量调节装置打开，通过新风装置气泵向过滤壳体提供负压，将新鲜风流引入至过滤壳体中，并依次利用前端金属筛网、中端金属筛网和高精度复合过滤机构对新鲜风流进行三重渐进式的分级深度净化处理，再利用一氧化碳吸收装置去除掉新鲜风流中的一氧化碳，得到超净新风；通过新风装置气泵的作用，超净新风进入至超净风流仓中，并通过个体净风供应单元中的单向阀和流量调节装置进入至呼吸面罩中；

同时，利用超净风流监测组件一对新风装置气泵下游侧的超净新风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号三、颗粒物浓度信号三、CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三发送至微处理器，微处理器根据温湿度信号三、颗粒物浓度信号三、CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三获得温湿度数据二、颗粒物浓度数据二、CO浓度数据二、NO浓度数据二、CH₄浓度数据二、CO₂浓度数据二和TVOC浓度数据二，并融合各个监测数据得到超净新风的空气洁净度表征数值一，同时，将空气洁净度表征数值一与设定空气净化质量阈值进行比较，当空气洁净度表征数值一大于等于空气净化质量阈值时，微处理器不发出动作信号，当空气洁净度表征数值一小于空气净化质量阈值时，微处理器控制报警模块进行报警动作，同时，控制进风控制阀关闭、控制新风装置气泵停止工作、控制流量调节装置关闭，同时，微处理器向控制器发出报警信号，控制器接收到来自于微处理器的报警信号后，向与其连接的远程终端发出报警信号；

同时，控制器新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值进行比较分析，当新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值均低于设定洁净度阈值而无法满足使用要求时，控制器向与其连接的远程终端发出报警信号，并向微处理器发出报警信号，微处理器在接收到来自于控制器的报警信号后控制报警模块进行报警动作，同时，控制进风控制阀关闭、控制新风装置气泵停止工作、控制流量调节装置关闭，当新风洁净度表征数值同时大于设定洁净度阈值和压风洁净度表征数值时，控制器控制局部通风机启动工作、控制电动三通阀门连通新风装置进风管和供风筒，当新风洁净度表征数值小于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管和风管供风管路，当新风洁净度表征数值等于压风洁净度表征数值时，控制器不动作。

进一步，在步骤三中，在个体净风供应单元工作期间，根据不同使用个体自身情况对流量调节装置的流量进行调节，以获得符合使用者自身需求的气流供应流量。根据不同使用个体自身情况对流量调节装置进行流量调节，能利用流量调节装置有效平衡气流的流量，进而能有利于提高呼吸过程中的舒适度。

本发明中，先利用新风风流监测组件一对局部通风机上游侧的新风质量进行监测，利用新风风流监测组件二对井下压风管道中的压风质量进行监测，可以事先获得新鲜风流和压风风流的空气质量情况，进而能便于对新风和压风空气质量进行比较，从而能便于根据比较结果来切换新风或压风来作为新风过滤器的风源，由此，确保了超净风供给过程的稳定性和可靠性。另外，当新风和压风空气质量均异常恶劣时，直接向远程终端发出报警信号，能及时提醒相关人员采取有效的应对措施。一方面，当新鲜风流的空气质量异常恶劣时，即使通过新风过滤器的过滤，依然也无法达到呼吸使用的标准，进而会严重损害使用人员的身体健康。另一方面，当新鲜风流中CH₄浓度数据过高时，可能会存在爆炸的风险，通过及时进行示警动作，可以有效避免出现意外事故，进而能最大限度地确保人员和财产的安全。在利用压风进行供风过程中，可以直接利用井下压风管道中的压风作为风源，有利于降低能源。在利用新风进行供风过程中，通过局部风机将供风巷道中的新鲜风流引流至供风筒中，可以确保风源供给效率。再利用新风装置气泵提供的负压将供风筒中的新鲜风流引流至新风过滤器中的多级过滤组件中，可以利用多级过滤的方式快速、高效地将新鲜风流中的粉尘快速滤除。在新风装置气泵的进风侧设置一氧化碳吸收装置，可以快速高效地去除掉过滤后新鲜风流中的一氧化碳，进而能得到满足呼吸使用需求的超净新风。利用新风过滤器中的前端金属筛网、中端金属筛网、高精度复合过滤机构对新鲜风流进行三重渐进式的分级深度净化处理，可以通过“预先过滤-强效过滤-深度净化”的方式逐级地对新鲜风流中不同粒径的颗粒物进行充分过滤，确保了空气中的各种颗粒物能从大到小被逐层高效地过滤掉，并能有效降低风阻，确保了新鲜风流的流速。通过一氧化碳吸收装置的设置，可以快速高效地去除掉过滤后新鲜风流中的一氧化碳，进一步提高了空气净化的效果，从而能获得超净新风，有效保障了呼吸个体的人身健康，防止了井下作业人员出现碳氧血红蛋白血症的情况。利用超净风流监测组件一对新风装置气泵下游侧的超净新风进行空气质量监测，并将其与空气净化质量阈值进行时比较，一方面能实时感知到净化后的超净新风质量是否能满足使用要求，另一方面有利于及时监测到新风过滤器发生损坏的情况。在发现新风质量恶化的情况，利用微处理器控制报警模块进行示警动作，同时，还能利用微处理器向控制器发出示警信号，能便于及时停止超净风的供风作业，进而能避免发生向工人输送有毒有害气体的情况，进一步确保了供风过程中的可靠性和安全性，并为工人的人身健康提供了可靠的保障。

该方法自动化程度高、安全性好、可靠性高，其能稳定高效地为井下作业空间中作业活动半径较小、工作位置相对固定的个体提供净化新风的供应服务，可有效保障井下工人的人身健康，并能有助于提高井下作业的安全系数。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中新风过滤器的结构示意图；

图3是本发明中高精度复合过滤机构的结构示意图；

图4是本发明中滤芯的结构示意图；

图5是本发明中呼吸口罩的结构示意图。

图中：1、供风巷道，2、新鲜风流，3、掘进巷道，4、掘进机，5、局部通风机，6、供风筒，7、顶板支护网片，8、污风流，9、新风风流监测组件一，10、新风过滤器，1001、外壳体，1002、一级进风口，1003、前端金属筛网，1004、中端金属筛网，1005、高精度复合过滤机构，1006、一氧化碳吸收装置，1007、超净风流送风管，1008、新风装置气泵，1009、超净风流监测组件一，1010、微处理器，1011、超净风流仓，1012、个体出风接口，1013、单向阀，1014、流量调节装置，1015、泄压阀，1016、进气口，1017、过滤壳体，1018、报警模块，1019、个体净风供应单元，1020、个体送风管路，1021、呼吸面罩，1022、超净风流监测组件二，1023、分支通风管道，1024、分支接口，1025、新风装置进风管，1026、新风装置风机，1027、滤筒，1028、滤芯，1029、导流板，1030、褶皱单元，1031、面罩主体，1032、吸气阀，1033、呼吸阀，1034、出气口，1035、进风控制阀，11、井下压风管道，12、风管供风管路，13、压风控制阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，本发明提供一种矿用超净新风个体供给防护系统，包括掘进巷道3、供风巷道1、超净新风供给机构和控制器；

所述供风巷道1的进风端起始于矿井入口处的主通风井或主风硐内，其出风端纵向贯穿整个矿井，并与各个掘进巷道3相连通；

所述超净新风供给机构包括主供风单元和新风过滤器10；

所述主供风单元包括供风筒6、局部通风机5和新风风流监测组件一9；所述供风筒6的进风端位于供风巷道1中，其出风段沿着掘进巷道3长度方向延伸；所述局部通风机5安装在供风筒6的进风端；

作为一种优选，供负筒6为采用耐压、耐磨、防静电材料制成的管路，其还可以具有一定的延展性，以能更好地适应不同的工作环境。

作为一种优选，在供风筒6的进风端还设置有旋风分离器，旋风分离器位于局部通风机5的上游侧，其可以利用离心的原理将新鲜风流中的大颗粒物从气流中分离出来，使得这些大粒径颗粒物不会进入后续的过滤组件中，确保了后续过滤组件的过滤效率，同时，有利于避免因大颗粒物附着过滤组件而导致的风阻过大的情况产生。

所述新风风流监测组件一9安装在供风筒6的内部，并位于局部通风机5的进风侧；新风风流监测组件一9包括温湿度监测模块一、颗粒物浓度监测模块一和多维空气污染物监测模块一，所述温湿度监测模块一用于实时采集所在位置处的温湿度信号一，所述颗粒物浓度监测模块一用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号一，所述多维空气污染物监测模块一内部集成有CO传感器一、NO传感器一、CH₄传感器一、CO₂传感器一和TVOC传感器一，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一；

所述新风过滤器10的数量为一个或多个，其悬吊在掘进巷道3中，并位于掘进机4的上方；新风过滤器10包括外壳体1001、多级过滤组件、新风装置进风管1025、超净风流仓1011、超净风流送风管1007、一氧化碳吸收装置1006、新风装置气泵1008、超净风流监测组件一1009、个体净风供应单元1019、报警模块1018和微处理器1010；

所述多级过滤组件安装在外壳体1001的内部，其包括过滤壳体1017、前端金属筛网1003、中端金属筛网1004和高精度复合过滤机构1005；所述过滤壳体1017的一端开设有一级进风口1002，其另一端开设有一级出风口；所述前端金属筛网1003、中端金属筛网1004和高精度复合过滤机构1005的过滤精度依次升高，且由进风侧到出风侧方向依次间隔地安装在过滤壳体1017中； 其中，高精度复合过滤机构1005可以有效过滤掉细微颗粒物（如PM2.5）。

所述新风装置进风管1025的进风端与供风筒6的出风端连接，其中段串接有进风控制阀1035,其出风端穿入外壳体1001的内部，并与一级进风口1002连接；

所述超净风流仓1011安装在外壳体1001的内部，其上开设有其内腔相连通的二级进风口和多个个体出风接口1012；

所述超净风流送风管1007的进风端与一级出风口连接，其出风端与二级进风口连接；

所述一氧化碳吸收装置1006串接在超净风流送风管1007的进风侧；

所述新风装置气泵1008串接在超净风流送风管1007的出风侧；

所述超净风流监测组件一1009安装在超净风流送风管1007的内部，并位于新风装置气泵1008的出风侧；超净风流监测组件一1009包括温湿度监测模块三、颗粒物浓度监测模块三和多维空气污染物监测模块三，所述温湿度监测模块三用于实时采集所在位置处的温湿度信号三，所述颗粒物浓度监测模块三用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号三，所述多维空气污染物监测模块三内部集成有CO传感器三、NO传感器三、CH₄传感器三、CO₂传感器三和TVOC传感器三，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三；

多个个体净风供应单元1019与多个个体出风接口1012相对应，所述个体净风供应单元1019包括个体送风管路1020、单向阀1013、流量调节装置1014和呼吸面罩1021，所述个体送风管路1020的进风端穿入外壳体1001的内部，并与对应的个体出风接口1012连接；所述单向阀1013串接在个体送风管路1020的进风段；所述流量调节装置1014串接在个体送风管路1020的中段；所述呼吸面罩1021连接在个体送风管路1020的出风端；作为一种优选，个体送风管路1020为软管，这样可以确保佩戴呼吸面罩1021的工人能在一定范围内较为灵活地进行活动。

所述报警模块1018安装在外壳体1001的外部；

所述微处理器1010安装在外壳体1001的内部，并分别与进风控制阀1035、新风装置气泵1008、超净风流监测组件一1009、流量调节装置1014和报警模块1018连接；

所述控制器分别与新风风流监测组件一9、局部通风机5和微处理器1010连接。作为一种优选，所述控制器可以安装在供风筒6上或可以安装在外壳体1001的外部，其可以为PLC控制器。

为了能够充分确保井下供风作业的安全性和可靠性，所述超净新风供给机构还包括第二供风单元；

所述第二供风单元包括井下压风管道11、风管供风管路12、新风风流监测组件二和压风控制阀13；井下压风管道11与井下的矿井压风系统连接，所述风管供风管路12的进风端与井下压风管道11连接；所述新风风流监测组件二安装在风管供风管路12中段的内部，新风风流监测组件二包括温湿度监测模块二、颗粒物浓度监测模块二和多维空气污染物监测模块二，所述温湿度监测模块二用于实时采集所在位置处的温湿度信号二，所述颗粒物浓度监测模块二用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号二，所述多维空气污染物监测模块二内部集成有CO传感器二、NO传感器二、CH₄传感器二、CO₂传感器二和TVOC传感器二，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二；所述压风控制阀13串接在风管供风管路12的出风端；

所述新风装置进风管1025的进风端通过电动三通阀分别与供风筒6的出风端和风管供风管路12的出风端连接；

所述控制器还与新风风流监测组件二、电动三通阀和压风控制阀13连接。这样，可以提供两种方式供风作为新风过滤器的风源，从而能在局部通风机发生故障，或者当新风风流空气质量较差的情况时，采用井下压风管道内的压风作为新风过滤器的风源，能有效确保井下超净风供应的稳定性和可靠性。在与井下压风管道连接的风管供风管路中设置新风风流监测组件二，可以利用新风风流监测组件二，可以较为全面地对压风进行质量检测，进一步可以通过比较压风质量和新风质量进行比较，在此基础上，使新风装置进风管的进风端通过电动三通阀分别与供风筒的出风端和风管供风管路的出风端连接，可以方便控制器根据比较结果来快捷地切换供风风源，进一步提高了供风过程的可靠性。

为了便于进行供风筒的安装作业，同时，为了避免出现供风筒会对其他作业设备产生干扰的情况，在掘进巷道3的顶部布置有顶板支护网片7，所述供风筒6通过连接件连接在顶板支护网片7的下方。

为了方便地将超净新风输送到较远的地方，以便于扩展该防护系统的功能，所述超净风流仓1011上还开设有二级出风口；所述新风过滤器还包括分支通风管道1023、新风装置风机1026和超净风流监测组件二1022，所述分支通风管道1023的进风端穿入外壳体1001的内部，并与二级出风口连接，其管身上相间隔地连接有多个分支接口1024；所述新风装置风机1026与微处理器1010连接，其串接在分支通风管道1023的进风端；所述超净风流监测组件二1022与微处理器1010连接，其安装在分支通风管道1023的内部，并位于新风装置风机1026的出风侧，超净风流监测组件二1022包括温湿度监测模块四、温湿度监测模块四和多维空气污染物监测模块四，所述温湿度监测模块四用于实时采集所在位置处的温湿度信号四，所述温湿度监测模块四用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号四，所述多维空气污染物监测模块四内部集成有CO传感器四、NO传感器四、CH₄传感器四、CO₂传感器四和TVOC传感器四，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号四、NO浓度信号四、CH₄浓度信号四、CO₂浓度信号四和TVOC浓度信号四。通过在分支通风管道中设置新风装置风机，可以便于将超净风流仓中的超净新风输送至更远的位置，从而能满足离新风过滤器较远位置处人员的呼吸使用需求。所述微处理器根据根据温湿度监测模块四、温湿度监测模块四、CO浓度信号四、NO浓度信号四、CH₄浓度信号四、CO₂浓度信号四和TVOC浓度信号四获得温湿度数据三、颗粒物浓度数据三、CO浓度数据三、NO浓度数据三、CH₄浓度数据三、CO₂浓度数据三和TVOC浓度数据三，并融合各个监测数据得到超净新风的空气质量表征数值三，并将其与空气净化质量阈值进行比较，当空气质量表征数值三小于空气净化质量阈值时，控制报警模块进行报警动作，同时，控制新风装置风机停止工作；通过在分支通风管道中设置超净风流监测组件二，可以便于微处理器对分支通风管道中的超净新风质量进行实时监测，从而能确保分支通风管道中超净新风的空气质量，同时，还有利于及时监测到是否有污染空气进入分支通风管道的情况，可避免因分支通风管道破损而出现输送空气质量污染的情况发生。

作为一种优选，颗粒物浓度监测模块一、二和三均可以基于光散射原理进行监测，其可以对颗粒粒径进行统计计算，进而可以获得颗粒物浓度；

为了确保过滤效果和过滤效率，所述高精度复合过滤机构1005包括滤筒1027、滤芯1028和导流板1029；所述滤筒1027的筒身上遍布表面地开设有若干个网孔；所述滤芯1028插装于滤筒1027的内部；滤芯1028为空心筒状的连续褶皱型滤材，褶皱型滤材为三层结构，其由外到内依次为粗效滤层、中效滤层和高效滤层，同时，连续褶皱型滤材由若干个褶皱单元1030顺次连接而成，且每个褶皱单元1030的断面均呈梯形；导流板1029位于滤筒1027和滤芯1028之间的环形区域中，且螺旋状地绕设于滤芯1028的外部。若干个褶皱单元能够更均匀有效地地引导和分散通过的气流，使得气流在通过滤芯时能产生更多的方向变化，多向性的气流路径显著增加了气流中颗粒物与滤材接触的几率，进而提升了颗粒物的捕捉效率，同时，分散后的气流路径避免了在任何单一位置的压力集中，有助于降低气流的通过阻力。通过螺旋状导流板的设置，有利于使进入新风过滤器内部的气流能够在滤芯的表面较为均匀地分布，能使滤芯的各个部分均能得到充分地利用，充分提高了有效的过滤面积，且有利于提升新风过滤器的使用寿命。

作为进一步优选，粗效滤层可以采用耐用的纤维材料经静电纺丝技术制备而成，其用于捕捉超细粒径颗粒物中相对较大的颗粒物，并且保证较低的气流阻力，充分保护后续的滤层，延长过滤机构整体的使用寿命；作为进一步优选，中效滤层可以采用具有永久性静电荷的驻极体材料制备而成，其能利用静电作用捕捉超细粒径颗粒物中相对较小的颗粒物，进一步增强颗粒的捕捉能力，并且不显著增加气流阻力；作为进一步优选，高效滤层可以采用驻极体和纳米纤维材料经静电纺丝技术制备而成，其能实现高精度与深度过滤，能捕捉超细粒径颗粒物中极微小的颗粒物，并且其结构稳定，使用寿命长；使滤芯为空心筒状的连续褶皱型滤材，能显著增加有限区域中滤材的过滤面积和粉尘容积，有利于延长滤芯的有效使用时间；

作为一种优选，所述呼吸面罩1021包括面罩主体1031、吸气阀1032和呼吸阀1033；所述面罩主体1031的内部具有呼吸腔，其后侧为与面部相适配的敞口结构，且敞口部分的四周为硅胶材质；面罩主体1031前侧下部开设有出气口1034，其前侧的上部开设有进气口1016；面罩主体1031于进气口1016的前侧外围连接有气路接头；所述气路接头通过柔性管路与个体送风管路1020的出风端连接；所述吸气阀1032安装于进气口1016中；所述呼吸阀1033安装于出气口1034中。进一步优选，面罩主体1031的两侧端沿可以对称地设置两个挂耳，以用于固定佩带绳或弹力带，通过固定佩带绳或弹力带的设置可以确保面罩主体能稳定地连接在佩戴者的面部。

为了避免超净风流仓出现内部压力过高的情况，所述新风过滤器还包括泄压阀1015，所述泄压阀1015的进口端穿过外壳体1001，并与超净风流仓1011连接，其出口端与外界大气连通。

作为一种优选，所述供风筒6的进风端位于供风巷道1中新鲜风流流动方向的上游侧。这样，可以确保供风巷道1中的新鲜风流能够为掘进巷道3提供负压，从而有利于将掘进巷道中产生的污风流8和工作人员呼出的气体迅速带走。

本发明中，使供风筒的进风端位于供风巷道中，并使其出风段沿着掘进巷道长度方向延伸，能为各个具体掘进巷道提供距离适中的风源接入点，提高了工作面供风接入过程的便利性。同时，在供风筒的进风端安装局部通风机，可以便于利用局部通风机将掘进巷道中的新鲜风流通过供风筒输送至掘进巷道中，从而能便于为工作面提供新风风源；在供风筒的进风端设置与控制器连接的新风风流监测组件一，并使新风风流监测组件一包括温湿度监测模块一、颗粒物浓度监测模块一和多维空气污染物监测模块一，可以便于较为全面地对新鲜风流进行质量检测，从而可以在新鲜风流的污染程度大于空气污染质量阈值时，及时向远端的终端发出报警信号，这样可以提醒相关人员及时检查风源，并采取有效的应对措施，以避免因新鲜风流质量过差，即使经过新风过滤器的过滤后依然无法满足使用要求的情况出现，由此，不仅可以有效确保使用者人身健康的安全，同时，还能避免新风过滤器因对污染程度大的新鲜风流进行过滤而造成使用寿命急剧下降的情况出现。在掘进机的上方设置一个或多个新风过滤器，可以在掘进工作面中形成集中式的过滤节点，这样，不仅改变了传统技术中井下只能利用单体口罩进行粉尘预防的呼吸方案，还能利用过滤效果和效率相较于传统单体口罩更优异的新风过滤器来集中高效地实现空气的净化作业，从而可以同时为掘进工作面中的多个个体进行超净新风的供应，极大地确保了过滤效果，进而可以有效确保矿工的人身健康安全。使过滤壳体的一级进风口通过新风装置进风管与供风筒的出风端连接，能便于利用新风装置进风管将进入供风筒中的新风流引流至新风过滤器中，这样，能利用供风巷道中的新风流而非掘进巷道内的污风流来作为新风过滤器的进风，有利于确保后续空气的净化效果。在多级过滤组件的过滤壳体中依次布置前端金属筛网、中端金属筛网和高精度复合过滤机构，可以通过多级过滤的方式显著提高对新鲜风流的过滤效果；使前端金属筛网的过滤精度小于中端金属筛网的过滤精度，可以先利用前端金属筛网拦截和过滤掉较大粒径的颗粒物，再利用中端金属筛网拦截和过滤掉较小粒径的颗粒物，由此，确保了较大粒径的颗粒物不会直接进入中端金属筛网，并确保了较小粒径的颗粒物不会直接进入至高精度复合过滤机构，进而能确保中端金属筛网对较小粒径颗粒物的过滤效果和过滤效率，同时，能确保高精度复合过滤机构对细小或超细粒径颗粒物的过滤效果和过滤效率。由此，可以通过前端金属筛网、中端金属筛网和高精度复合过滤机构实现三重渐进式的分级深度净化效果，即“预先过滤-强效过滤-深度净化”，通过逐级地对气流中不同粒径的颗粒物进行充分过滤，确保了空气中的各种颗粒物能从大到小被逐层过滤掉，显著提高了空气净化效果，从而达到了深度净化的目的，有效保障了呼吸个体的健康。在外壳体中设置超净风流仓，并使超净风流仓通过超净风流送风管与过滤壳体连接，再于超净风流送风管中由进风侧到出风侧依次连接一氧化碳吸收装置、新风装置气泵和超净风流监测组件一，可以利用新风装置气泵提供负压，以使过滤后的新鲜风流快速通过一氧化碳吸收装置并进入至超净风流仓中，这一过程中，一氧化碳吸收装置可以高效地去除掉过滤后新鲜风流中的一氧化碳，进而形成超净新风。超净风流仓不仅可以储存一定量的超净新风，还能有利于对超净新风形成缓冲作用，从而能确保输出的超净新风能具有稳定的流量。通过超净风流监测组件一的设置，可以便于对超净新风的质量进行监测，进而能及时发现超净新风质量不合格的情况。在超净风流监测组件一中设置温湿度监测模块三、颗粒物浓度监测模块三和多维空气污染物监测模块三，可以对新风质量进行全面可靠的监测，进而能有效保障供应至呼吸个体的新风质量，同时，由于超净风流监测组件一与超净风流仓为连通状态，这样，通过超净风流监测组件一还能检测到超净风流仓中的空气质量是否出现污染的情况，从而能及时发现新风过滤器发生破损的情况，进一步确保了使用的安全性和可靠性。通过微处理模块和报警模块的设置，有利于在监测数据超过监测阈值时控制报警模块及时进行示警动作，进而能提醒相关人员及时对新风过滤器或风源进行检查维修，同时，也能有助于管理人员及时发现危险气体超标的情况，能有利于避免安全事故的产生。使个体送风管路的进风端穿入外壳体的内部，并与对应的个体出风接口连接，同时，将呼吸面罩连接在个体送风管路的出风端，可以利用个体送风管路将超净风流仓中的超净新风供应至特定工作位置处，以便于作业活动半径较小、工作位置相对固定的工人进行使用。通过在个体送风管路中设置单向阀，可以确保超净风流仓中的超净空气只能单向向外侧输出，而不会使掘进面或工作面附近的空气通过个体送风管路进入到超净风流仓中，由此，避免了回流所导致的超净风流仓中空气污染的问题，进一步提高系统的安全性和可靠性。通过流量调节装置的设置，能利用流量调节装置来平稳通过的气流，并能便于实时调节个体送风管路中的气流流量，进而能根据工人的实际呼吸频率及呼吸量提供相适应的个性化的洁净空气供应速率，能避免空气供应不足或过量的情况发生，还提高了个体使用者呼吸的舒适性和安全性。

该系统操作过程方便、维护过程简单、过滤效果理想、稳定性好、灵活性佳，具有较高的通用性，并能灵活地适应不同工作环境。通过该系统的使用，能够集中高效地净化空气，过滤效果可提高至99.99%，并可直接将净化后的新风输送至工人所在的区域，能确保每个工作面都能获得洁净的空气，并能实现对每位工人进行个性化的洁净空气供应，由此，可以显著提升工人呼吸用的空气质量，为井下作业的工人提供了可靠的健康保障，可彻底解决尘肺病的问题，并有助于提高作业过程中的安全性。同时，该系统具备高度的灵活性和可适应性，能满足矿井内多变的工作环境和条件下的使用需求，适用于向作业活动半径较小、工作位置相对固定的工人进行净化空气的供应。

本发明还提供了一种矿用超净新风个体供给防护方法，采用一种矿用超净新风个体供给防护系统，包括以下步骤：

步骤一：利用新风风流监测组件一9对局部通风机5上游侧的新风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号一、颗粒物浓度信号一、CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一发送至控制器，控制器根据温湿度信号一、颗粒物浓度信号一、CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一获得温湿度数据一、颗粒物浓度数据一、CO浓度数据一、NO浓度数据一、CH₄浓度数据一、CO₂浓度数据一和TVOC浓度数据一，并融合各个监测数据得到新鲜风流2的新风洁净度表征数值；

利用新风风流监测组件二对井下压风管道11中的压风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号二、颗粒物浓度信号二、CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二发送至控制器，控制器根据温湿度信号二、颗粒物浓度信号二、CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二获得温湿度数据二、颗粒物浓度数据二、CO浓度数据二、NO浓度数据二、CH₄浓度数据二、CO₂浓度数据二和TVOC浓度数据二，并融合各个监测数据得到压风洁净度表征数值；

控制器对新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值进行比较分析；当新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值均低于设定洁净度阈值而无法满足使用要求时，控制器向与其连接的远程终端发出报警信号；当新风洁净度表征数值大于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管1025和供风筒6，并执行步骤二；当新风洁净度表征数值小于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管1025和风管供风管路12，并执行步骤三；当新风洁净度表征数值等于压风洁净度表征数值时，保持电动三通阀门的状态不变，若当前电动三通阀门连通新风装置进风管1025和供风筒6，则执行步骤二，若当前电动三通阀门连通新风装置进风管1025和风管供风管路12，则执行步骤三；

步骤二：控制器控制局部通风机5启动工作、微处理器1010控制进风控制阀1035打开，利用局部通风机5将供风巷道1中的新鲜风流2引入至供风筒6中，并供入新风装置气泵1008中；

步骤三：控制器向微处理器1010发出启动信号，微处理器1010在接收到启动信号后，控制新风装置气泵1008启动工作，并控制个体净风供应单元1019中的流量调节装置1014打开，通过新风装置气泵1008向过滤壳体1017提供负压，将新鲜风流2引入至过滤壳体1017中，并依次利用前端金属筛网1003、中端金属筛网1004和高精度复合过滤机构1005对新鲜风流2进行三重渐进式的分级深度净化处理，再利用一氧化碳吸收装置1006去除掉新鲜风流2中的一氧化碳，得到超净新风；通过新风装置气泵1008的作用，超净新风进入至超净风流仓1011中，并通过个体净风供应单元1019中的单向阀1013和流量调节装置1014进入至呼吸面罩1021中；

同时，利用超净风流监测组件一1009对新风装置气泵1008下游侧的超净新风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号三、颗粒物浓度信号三、CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三发送至微处理器1010，微处理器1010根据温湿度信号三、颗粒物浓度信号三、CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三获得温湿度数据二、颗粒物浓度数据二、CO浓度数据二、NO浓度数据二、CH₄浓度数据二、CO₂浓度数据二和TVOC浓度数据二，并融合各个监测数据得到超净新风的空气洁净度表征数值一，同时，将空气洁净度表征数值一与设定空气净化质量阈值进行比较，当空气洁净度表征数值一大于等于空气净化质量阈值时，微处理器1010不发出动作信号，当空气洁净度表征数值一小于空气净化质量阈值时，微处理器1010控制报警模块1018进行报警动作，同时，控制进风控制阀1035关闭、控制新风装置气泵1008停止工作、控制流量调节装置1014关闭，同时，微处理器1010向控制器发出报警信号，控制器接收到来自于微处理器1010的报警信号后，向与其连接的远程终端发出报警信号；

同时，控制器新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值进行比较分析，当新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值均低于设定洁净度阈值而无法满足使用要求时，控制器向与其连接的远程终端发出报警信号，并向微处理器1010发出报警信号，微处理器1010在接收到来自于控制器的报警信号后控制报警模块1018进行报警动作，同时，控制进风控制阀1035关闭、控制新风装置气泵1008停止工作、控制流量调节装置1014关闭，当新风洁净度表征数值同时大于设定洁净度阈值和压风洁净度表征数值时，控制器控制局部通风机5启动工作、控制电动三通阀门连通新风装置进风管1025和供风筒6，当新风洁净度表征数值小于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管1025和风管供风管路12，当新风洁净度表征数值等于压风洁净度表征数值时，控制器不动作。

作为一种优选，在步骤三中，在个体净风供应单元1019工作期间，根据不同使用个体自身情况对流量调节装置1014的流量进行调节，以获得符合使用者自身需求的气流供应流量。根据不同使用个体自身情况对流量调节装置进行流量调节，能利用流量调节装置有效平衡气流的流量，进而能有利于提高呼吸过程中的舒适度。

本发明中，先利用新风风流监测组件一对局部通风机上游侧的新风质量进行监测，利用新风风流监测组件二对井下压风管道中的压风质量进行监测，可以事先获得新鲜风流和压风风流的空气质量情况，进而能便于对新风和压风空气质量进行比较，从而能便于根据比较结果来切换新风或压风来作为新风过滤器的风源，由此，确保了超净风供给过程的稳定性和可靠性。另外，当新风和压风空气质量均异常恶劣时，直接向远程终端发出报警信号，能及时提醒相关人员采取有效的应对措施。一方面，当新鲜风流的空气质量异常恶劣时，即使通过新风过滤器的过滤，依然也无法达到呼吸使用的标准，进而会严重损害使用人员的身体健康。另一方面，当新鲜风流中CH₄浓度数据过高时，可能会存在爆炸的风险，通过及时进行示警动作，可以有效避免出现意外事故，进而能最大限度地确保人员和财产的安全。在利用压风进行供风过程中，可以直接利用井下压风管道中的压风作为风源，有利于降低能源。在利用新风进行供风过程中，通过局部风机将供风巷道中的新鲜风流引流至供风筒中，可以确保风源供给效率。再利用新风装置气泵提供的负压将供风筒中的新鲜风流引流至新风过滤器中的多级过滤组件中，可以利用多级过滤的方式快速、高效地将新鲜风流中的粉尘快速滤除。在新风装置气泵的进风侧设置一氧化碳吸收装置，可以快速高效地去除掉过滤后新鲜风流中的一氧化碳，进而能得到满足呼吸使用需求的超净新风。利用新风过滤器中的前端金属筛网、中端金属筛网、高精度复合过滤机构对新鲜风流进行三重渐进式的分级深度净化处理，可以通过“预先过滤-强效过滤-深度净化”的方式逐级地对新鲜风流中不同粒径的颗粒物进行充分过滤，确保了空气中的各种颗粒物能从大到小被逐层高效地过滤掉，并能有效降低风阻，确保了新鲜风流的流速。通过一氧化碳吸收装置的设置，可以快速高效地去除掉过滤后新鲜风流中的一氧化碳，进一步提高了空气净化的效果，从而能获得超净新风，有效保障了呼吸个体的人身健康，防止了井下作业人员出现碳氧血红蛋白血症的情况。利用超净风流监测组件一对新风装置气泵下游侧的超净新风进行空气质量监测，并将其与空气净化质量阈值进行时比较，一方面能实时感知到净化后的超净新风质量是否能满足使用要求，另一方面有利于及时监测到新风过滤器发生损坏的情况。在发现新风质量恶化的情况，利用微处理器控制报警模块进行示警动作，同时，还能利用微处理器向控制器发出示警信号，能便于及时停止超净风的供风作业，进而能避免发生向工人输送有毒有害气体的情况，进一步确保了供风过程中的可靠性和安全性，并为工人的人身健康提供了可靠的保障。

该方法自动化程度高、安全性好、可靠性高，其能稳定高效地为井下作业空间中作业活动半径较小、工作位置相对固定的个体提供净化新风的供应服务，可有效保障井下工人的人身健康，并能有助于提高井下作业的安全系数。

Claims (9)

1.一种矿用超净新风个体供给防护系统，包括掘进巷道（3）和供风巷道（1），所述供风巷道（1）的进风端起始于矿井入口处的主通风井或主风硐内，其出风端纵向贯穿整个矿井，并与各个掘进巷道（3）相连通；

其特征在于，还包括超净新风供给机构和控制器；

所述超净新风供给机构包括主供风单元和新风过滤器（10）；

所述主供风单元包括供风筒（6）、局部通风机（5）和新风风流监测组件一（9）；所述供风筒（6）的进风端位于供风巷道（1）中，其出风段沿着掘进巷道（3）长度方向延伸；所述局部通风机（5）安装在供风筒（6）的进风端；所述新风风流监测组件一（9）安装在供风筒（6）的内部，并位于局部通风机（5）的进风侧；新风风流监测组件一（9）包括温湿度监测模块一、颗粒物浓度监测模块一和多维空气污染物监测模块一，所述温湿度监测模块一用于实时采集所在位置处的温湿度信号一，所述颗粒物浓度监测模块一用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号一，所述多维空气污染物监测模块一内部集成有CO传感器一、NO传感器一、CH₄传感器一、CO₂传感器一和TVOC传感器一，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一；

所述新风过滤器（10）的数量为一个或多个，其悬吊在掘进巷道（3）中，并位于掘进机（4）的上方；新风过滤器（10）包括外壳体（1001）、多级过滤组件、新风装置进风管（1025）、超净风流仓（1011）、超净风流送风管（1007）、一氧化碳吸收装置（1006）、新风装置气泵（1008）、超净风流监测组件一（1009）、个体净风供应单元（1019）、报警模块（1018）和微处理器（1010）；

所述多级过滤组件安装在外壳体（1001）的内部，其包括过滤壳体（1017）、前端金属筛网（1003）、中端金属筛网（1004）和高精度复合过滤机构（1005）；所述过滤壳体（1017）的一端开设有一级进风口（1002），其另一端开设有一级出风口；所述前端金属筛网（1003）、中端金属筛网（1004）和高精度复合过滤机构（1005）的过滤精度依次升高，且由进风侧到出风侧方向依次间隔地安装在过滤壳体（1017）中；

所述新风装置进风管（1025）的进风端与供风筒（6）的出风端连接，其中段串接有进风控制阀（1035），其出风端穿入外壳体（1001）的内部，并与一级进风口（1002）连接；

所述超净风流仓（1011）安装在外壳体（1001）的内部，其上开设有其内腔相连通的二级进风口和多个个体出风接口（1012）；

所述超净风流送风管（1007）的进风端与一级出风口连接，其出风端与二级进风口连接；

所述一氧化碳吸收装置（1006）串接在超净风流送风管（1007）的进风侧；

所述新风装置气泵（1008）串接在超净风流送风管（1007）的出风侧；

所述超净风流监测组件一（1009）安装在超净风流送风管（1007）的内部，并位于新风装置气泵（1008）的出风侧；超净风流监测组件一（1009）包括温湿度监测模块三、颗粒物浓度监测模块三和多维空气污染物监测模块三，所述温湿度监测模块三用于实时采集所在位置处的温湿度信号三，所述颗粒物浓度监测模块三用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号三，所述多维空气污染物监测模块三内部集成有CO传感器三、NO传感器三、CH₄传感器三、CO₂传感器三和TVOC传感器三，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三；

多个个体净风供应单元（1019）与多个个体出风接口（1012）相对应，所述个体净风供应单元（1019）包括个体送风管路（1020）、单向阀（1013）、流量调节装置（1014）和呼吸面罩（1021），所述个体送风管路（1020）的进风端穿入外壳体（1001）的内部，并与对应的个体出风接口（1012）连接；所述单向阀（1013）串接在个体送风管路（1020）的进风段；所述流量调节装置（1014）串接在个体送风管路（1020）的中段；所述呼吸面罩（1021）连接在个体送风管路（1020）的出风端；

所述报警模块（1018）安装在外壳体（1001）的外部；

所述微处理器（1010）安装在外壳体（1001）的内部，并分别与进风控制阀（1035）、新风装置气泵（1008）、超净风流监测组件一（1009）、流量调节装置（1014）和报警模块（1018）连接；

所述控制器分别与新风风流监测组件一（9）、局部通风机（5）和微处理器（1010）连接；

所述超净新风供给机构还包括第二供风单元；

所述第二供风单元包括井下压风管道（11）、风管供风管路（12）、新风风流监测组件二和压风控制阀（13）；所述风管供风管路（12）的进风端与井下压风管道（11）连接；所述新风风流监测组件二安装在风管供风管路（12）中段的内部，新风风流监测组件二包括温湿度监测模块二、颗粒物浓度监测模块二和多维空气污染物监测模块二，所述温湿度监测模块二用于实时采集所在位置处的温湿度信号二，所述颗粒物浓度监测模块二用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号二，所述多维空气污染物监测模块二内部集成有CO传感器二、NO传感器二、CH₄传感器二、CO₂传感器二和TVOC传感器二，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二；所述压风控制阀（13）串接在风管供风管路（12）的出风端；

所述新风装置进风管（1025）的进风端通过电动三通阀分别与供风筒（6）的出风端和风管供风管路（12）的出风端连接；

所述控制器还与新风风流监测组件二、电动三通阀和压风控制阀（13）连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿用超净新风个体供给防护系统，其特征在于，在掘进巷道（3）的顶部布置有顶板支护网片（7），所述供风筒（6）通过连接件连接在顶板支护网片（7）的下方。

3.根据权利要求2所述的一种矿用超净新风个体供给防护系统，其特征在于，所述超净风流仓（1011）上还开设有二级出风口；所述新风过滤器（10）还包括分支通风管道（1023）、新风装置风机（1026）和超净风流监测组件二（1022），所述分支通风管道（1023）的进风端穿入外壳体（1001）的内部，并与二级出风口连接，其管身上相间隔地连接有多个分支接口（1024）；所述新风装置风机（1026）与微处理器（1010）连接，其串接在分支通风管道（1023）的进风端；所述超净风流监测组件二（1022）与微处理器（1010）连接，其安装在分支通风管道（1023）的内部，并位于新风装置风机（1026）的出风侧，超净风流监测组件二（1022）包括温湿度监测模块四、温湿度监测模块四和多维空气污染物监测模块四，所述温湿度监测模块四用于实时采集所在位置处的温湿度信号四，所述温湿度监测模块四用于实时采集所在位置处的颗粒物浓度信号四，所述多维空气污染物监测模块四内部集成有CO传感器四、NO传感器四、CH₄传感器四、CO₂传感器四和TVOC传感器四，用于实时采集所在位置处的CO浓度信号四、NO浓度信号四、CH₄浓度信号四、CO₂浓度信号四和TVOC浓度信号四。

4.根据权利要求3所述的一种矿用超净新风个体供给防护系统，其特征在于，所述高精度复合过滤机构（1005）包括滤筒（1027）、滤芯（1028）和导流板（1029）；所述滤筒（1027）的筒身上遍布表面地开设有若干个网孔；所述滤芯（1028）插装于滤筒（1027）的内部；滤芯（1028）为空心筒状的连续褶皱型滤材，褶皱型滤材为三层结构，其由外到内依次为粗效滤层、中效滤层和高效滤层，同时，连续褶皱型滤材由若干个褶皱单元（1030）顺次连接而成，且每个褶皱单元（1030）的断面均呈梯形；导流板（1029）位于滤筒（1027）和滤芯（1028）之间的环形区域中，且螺旋状地绕设于滤芯（1028）的外部。

5.根据权利要求4所述的一种矿用超净新风个体供给防护系统，其特征在于，所述呼吸面罩（1021）包括面罩主体（1031）、吸气阀（1032）和呼吸阀（1033）；所述面罩主体（1031）的内部具有呼吸腔，其后侧为与面部相适配的敞口结构，且敞口部分的四周为硅胶材质；面罩主体（1031）前侧下部开设有出气口（1034），其前侧的上部开设有进气口（1016）；面罩主体（1031）于进气口（1016）的前侧外围连接有气路接头；所述气路接头通过柔性管路与个体送风管路（1020）的出风端连接；所述吸气阀（1032）安装于进气口（1016）中；所述呼吸阀（1033）安装于出气口（1034）中。

6.根据权利要求5所述的一种矿用超净新风个体供给防护系统，其特征在于，所述新风过滤器还包括泄压阀（1015），所述泄压阀（1015）的进口端穿过外壳体（1001），并与超净风流仓（1011）连接，其出口端与外界大气连通。

7.根据权利要求6所述的一种矿用超净新风个体供给防护系统，其特征在于，所述供风筒（6）的进风端位于供风巷道（1）中新鲜风流（2）流动方向的上游侧。

8.一种矿用超净新风个体供给防护方法，采用如权利要求7所述的一种矿用超净新风个体供给防护系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用新风风流监测组件一（9）对局部通风机（5）上游侧的新风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号一、颗粒物浓度信号一、CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一发送至控制器，控制器根据温湿度信号一、颗粒物浓度信号一、CO浓度信号一、NO浓度信号一、CH₄浓度信号一、CO₂浓度信号一和TVOC浓度信号一获得温湿度数据一、颗粒物浓度数据一、CO浓度数据一、NO浓度数据一、CH₄浓度数据一、CO₂浓度数据一和TVOC浓度数据一，并融合各个监测数据得到新鲜风流（2）的新风洁净度表征数值；

利用新风风流监测组件二对井下压风管道（11）中的压风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号二、颗粒物浓度信号二、CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二发送至控制器，控制器根据温湿度信号二、颗粒物浓度信号二、CO浓度信号二、NO浓度信号二、CH₄浓度信号二、CO₂浓度信号二和TVOC浓度信号二获得温湿度数据二、颗粒物浓度数据二、CO浓度数据二、NO浓度数据二、CH₄浓度数据二、CO₂浓度数据二和TVOC浓度数据二，并融合各个监测数据得到压风洁净度表征数值；

控制器对新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值进行比较分析；当新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值均低于设定洁净度阈值而无法满足使用要求时，控制器向与其连接的远程终端发出报警信号；当新风洁净度表征数值大于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管（1025）和供风筒（6），并执行步骤二；当新风洁净度表征数值小于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管（1025）和风管供风管路（12），并执行步骤三；当新风洁净度表征数值等于压风洁净度表征数值时，保持电动三通阀门的状态不变，若当前电动三通阀门连通新风装置进风管（1025）和供风筒（6），则执行步骤二，若当前电动三通阀门连通新风装置进风管（1025）和风管供风管路（12），则执行步骤三；

步骤二：控制器控制局部通风机（5）启动工作、微处理器（1010）控制进风控制阀（1035）打开，利用局部通风机（5）将供风巷道（1）中的新鲜风流（2）引入至供风筒（6）中，并供入新风装置气泵（1008）中；

步骤三：控制器向微处理器（1010）发出启动信号，微处理器（1010）在接收到启动信号后，控制新风装置气泵（1008）启动工作，并控制个体净风供应单元（1019）中的流量调节装置（1014）打开，通过新风装置气泵（1008）向过滤壳体（1017）提供负压，将新鲜风流（2）引入至过滤壳体（1017）中，并依次利用前端金属筛网（1003）、中端金属筛网（1004）和高精度复合过滤机构（1005）对新鲜风流（2）进行三重渐进式的分级深度净化处理，再利用一氧化碳吸收装置（1006）去除掉新鲜风流（2）中的一氧化碳，得到超净新风；通过新风装置气泵（1008）的作用，超净新风进入至超净风流仓（1011）中，并通过个体净风供应单元（1019）中的单向阀（1013）和流量调节装置（1014）进入至呼吸面罩（1021）中；

同时，利用超净风流监测组件一（1009）对新风装置气泵（1008）下游侧的超净新风质量进行监测，并将所采集到的温湿度信号三、颗粒物浓度信号三、CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三发送至微处理器（1010），微处理器（1010）根据温湿度信号三、颗粒物浓度信号三、CO浓度信号三、NO浓度信号三、CH₄浓度信号三、CO₂浓度信号三和TVOC浓度信号三获得温湿度数据二、颗粒物浓度数据二、CO浓度数据二、NO浓度数据二、CH₄浓度数据二、CO₂浓度数据二和TVOC浓度数据二，并融合各个监测数据得到超净新风的空气洁净度表征数值一，同时，将空气洁净度表征数值一与设定空气净化质量阈值进行比较，当空气洁净度表征数值一大于等于空气净化质量阈值时，微处理器（1010）不发出动作信号，当空气洁净度表征数值一小于空气净化质量阈值时，微处理器（1010）控制报警模块（1018）进行报警动作，同时，控制进风控制阀（1035）关闭、控制新风装置气泵（1008）停止工作、控制流量调节装置（1014）关闭，同时，微处理器（1010）向控制器发出报警信号，控制器接收到来自于微处理器（1010）的报警信号后，向与其连接的远程终端发出报警信号；

同时，控制器新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值进行比较分析，当新风洁净度表征数值和压风洁净度表征数值均低于设定洁净度阈值而无法满足使用要求时，控制器向与其连接的远程终端发出报警信号，并向微处理器（1010）发出报警信号，微处理器（1010）在接收到来自于控制器的报警信号后控制报警模块（1018）进行报警动作，同时，控制进风控制阀（1035）关闭、控制新风装置气泵（1008）停止工作、控制流量调节装置（1014）关闭，当新风洁净度表征数值同时大于设定洁净度阈值和压风洁净度表征数值时，控制器控制局部通风机（5）启动工作、控制电动三通阀门连通新风装置进风管（1025）和供风筒（6），当新风洁净度表征数值小于压风洁净度表征数值时，控制器控制电动三通阀门连通新风装置进风管（1025）和风管供风管路（12），当新风洁净度表征数值等于压风洁净度表征数值时，控制器不动作。

9.根据权利要求8所述的一种矿用超净新风个体供给防护方法，其特征在于，在步骤三中，在个体净风供应单元（1019）工作期间，根据不同使用个体自身情况对流量调节装置（1014）的流量进行调节，以获得符合使用者自身需求的气流供应流量。